DE3813802A1

DE3813802A1 - Schichtwerkstoff oder schichtwerkstueck mit einer auf einer traegerschicht angebrachten funktionsschicht, insbesondere gleitschicht mit der struktur einer festen, aber schmelzbaren dispersion

Info

Publication number: DE3813802A1
Application number: DE3813802A
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl Chem Dr Hodes; Ulrich Dipl Phys Dr Engel
Original assignee: GLYCO METALL WERKE
Current assignee: Glyco AG
Priority date: 1988-04-23
Filing date: 1988-04-23
Publication date: 1989-11-09
Also published as: BR8906922A; KR900700655A; US5137792A; WO1989010434A1; DE3813802C2; JPH02504047A; EP0404819A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schichtwerkstoff oder ein Schichtwerkstück mit einer auf einer Trägerschicht ange brachten Funktionsschicht, insbesondere Gleitschicht, mit der Struktur einer festen, aber schmelzbaren Dispersion mit einer Matrix und mindestens einem in der Matrix dispergierten Bestandteil der zumindest in festem Zustand im Werkstoff der Matrix unlöslich oder nur in geringerer als vorhandener Menge löslich ist, oder mit der Struktur eines für tribolo gische Zwecke anwendbaren, in sich fest verbundenen, im wesentlichen schmelzbaren Gemenges von nicht oder nur in geringerer als vorhandener Menge ineinander löslichen Be standteilen, ggf. teilweise in kristallartiger Form.

Als Schichtwerkstoffe oder Schichtwerkstücke dieser Art kommen bevorzugt Verbundgleitlager in Betracht, bei denen die Funk tionsschicht darstellende Gleitschicht aus Dispersionslegierung insbesondere Bleibronze oder Aluminium/Zinn-Dispersionslegierung oder Aluminium/Blei-Dispersionslegierung besteht und auf einer den Lagerrücken bildenden Trägerschicht vornehmlich aus Stahl angebracht ist. Von besonderer Bedeutung sind dabei Verbund lager aus Schichtwerkstoff Stahl/Bleibronze wegen der hohen dynamischen Belastbarkeit und der guten Einlauf- und Notlauf eigenschaften der Bleibronze. Aufgrund der völligen Unlöslich keit der beiden Metalle ineinander in festem Zustand ist in einer Funktionsschicht aus Bleibronze praktisch ein mechanisches Gemenge von Kupfer und Blei vorhanden, das aus der homogenen Schmelze im Zuge eines großen Erstarrungsintervalls entsteht. Die heute üblichen, im Bandbegießverfahren auf Stahl herge stellten Stahl/Bleibronze-Schichtwerkstoffe beschränken sich auf Bleigehalte bis etwa 22 Gew.-% der Bleibronze. Die Her stellungsschwierigkeiten für Kupfer/Blei-Legierungen mit Bleigehalten innerhalb der Mischungslücke, d.h. Bleigehalten zwischen 40 Gew.-% und 50 Gew.-%, sind so groß, daß solche Legierungen bis heute keine praktische Bedeutung erlangen konnten. Die Bindung zwischen dem Stahlträger und dem Bleibronzeaufguß erfolgt durch eine feste metallische Bindung zwischen den primär aus der Schmelze erstarrenden Kupfer kristalliten und dem Stahlträger. Es muß deshalb im Interesse einer guten Bindung zwischen dem Stahlträger und der Blei bronzeschicht die Bildung solcher Kupferkristallite herangezogen werden, was in der Praxis durch die Maßnahme erreicht wird, daß der Stahl zum Aufgießen der Bleibronze auf eine die Diffusionsbindung zwischen Stahl und Kupfer kristalliten ermöglichende Temperatur von ca. 1100°C gebracht und auf dieser Temperatur gehalten wird. Andererseits bedingt die durch Kupferkristallite und Bleiausscheidungen heterogene Struktur der Bleibronze-Funktionsschicht erhebliche funktionelle Nachteile gegenüber einer homogenen Funktionsschicht-Struktur. Vergleichbare Verhältnisse bestehen auch bei die Funktions schicht darstellenden Gleitschichten aus Aluminium/Zinn- Dispersionslegierungen und Aluminium/Blei-Dispersionslegierungen sowie allen denkbaren Funktionsschichten für tribologische Zwecke mit heterogener Struktur. Beispielsweise auch bei Strukturen von in sich fest verbundenen, im wesentlichen schmelzbaren Gemengen von nicht oder nur in geringerer als vorhandener Menge ineinander löslichen Bestandteilen.

Aus DE-OS 29 37 108 ist bereits ein Verfahren zur Vergütung von Gleitlegierungen, insbesondere Gleitlagerlegierungen be kannt, bei welchem die Gleitlegierung durch einen oder mehrere stark konzentrierte Energie- oder Hitzestrahlen einer örtlich fortschreitenden, punktförmigen Schmelzung unterzogen werden soll, wobei durch das Fortschreiten der dem Energie- oder Hitzestrahl unterworfenen punktförmigen Fläche und die im Werkstoff der Funktionsschicht vorhandene Wärmeableitung ein plötzliches Abkühlen der Schmelze bewirkt werden soll. Jedoch soll in diesem bekannten Verfahren die eine heterogene Werkstoff struktur aufweisende Funktionsschicht in den punktförmigen Bereichen auf ihre gesamte Dicke aufgeschmolzen werden. Die dabei zugeführte Wärmemenge ist jedoch so groß, daß das beabsichtigte plötzliche Abkühlen - nicht zuletzt im Hinblick auf die beim erneuten Erstarren wieder frei werdende latente Schmelzwärme - doch noch so langsam ist, daß es erneut zur Ausbildung einer heterogenen Struktur kommt, die besten falls etwas gegenüber der ursprünglichen Struktur verfeinert ist. Eine wesentliche Verbesserung der funktionellen Eigen schaften von Gleitschichten aus Dispersionslegierungen und sonstigen für tribologische Zwecke anwendbaren Gemischen läßt sich auf diese Weise nicht erreichen. Bei Funktions schichten aus Bleibronze kommt noch hinzu, daß durch das örtliche Aufschmelzen der Funktionsschicht auf ihre gesamte Dicke auch die erwünschte Diffusionsbindung beseitigt oder zumindest wesentlich verschlechtert wird.

Aus EP 1 30 175 A2 und EP 1 30 176 A2 ist es auch bekannt, bei Gleitlagern Bereiche unterschiedlicher Härte in der Lauffläche dadurch zu bilden, daß begrenzte Zonen der Lauffläche einer Wärmebehandlung durch einen Laserstrahl oder Elektronenstrahl erhalten und dabei angeschmolzen oder umgeschmolzen werden. Dabei ist jedoch in erster Linie daran gedacht, unterschiedliche Härte durch das Einschmelzen anderer Legierungen oder anderer Legierungsbestandteile zu erreichen.

Schließlich ist aus DE-OS 36 36 641 und EP 2 12 938 A2 bekannt, Gleitschichten auf einem bandförmigen Träger, beispielsweise einem Stahlträger, dadurch zu bilden, daß zunächst die Le gierungsbestandteile in Pulverform auf den Träger aufgebracht werden. Das Pulver wird dann unter Anwendung eines in einem vorherbestimmten Muster über die Pulverschicht geführten Laserstrahls fortschreitend örtlich aufgeschmolzen. Es ist zwar möglich, bei in dieser Weise hergestellten Gleitschichten aus Dispersionslegierung feinere Struktur zu erzielen als bei aufgegossenen Funktionsschichten aus Dispersionslegierung. Jedoch lassen sich auch auf diese Weise nicht Funktions eigenschaften einstellen, die mit denjenigen einer quasi homogenen Funktionsschicht vergleichbar sind. Außerdem kann durch das fortschreitende Aufschmelzen von vorher aufge streutem Pulver in einem punktförmigen Bereich nicht die erwünschte Diffusionsbindung zwischen der Trägerschicht und der Funktionsschicht erreicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstücke der eingangs angegebenen Art dahin gehend wesentlich zu verbessern, daß einerseits eine sichere Bindung - wenn stofflich möglich, Diffusionsbindung - zwischen der Trägerschicht und der Funktionsschicht gewährleistet ist, während die Funktionsschicht an ihrer die Funktion ausübenden Oberfläche mit einer Struktur ausgestattet werden soll, die gegenüber Funktionsschichten mit heterogener Struktur wesent lich verbesserte Funktionseigenschaften aufweisen soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Funktionsschicht an ihrer der Trägerschicht abgewandten Seite eine dünne, schichtförmig durchgehend geschlossene Oberflächen region aufweist, in der die Dispersion oder das Gemenge durch Schmelzen und extrem rasches Abkühlen aus dem geschmolzenen Zustand mit feiner globularer Verteilung der Bestandteile in einem quasi amorphen Zustand eingefroren ist.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine Funktions schicht, insbesondere Gleitschicht, in ihren diversen Funktions eigenschaften durch unterschiedliche Schichtbereiche bestimmt wird. So wird die Bindungsfähigkeit der Funktionsschicht an eine Trägerschicht durch die Struktur der Funktionsschicht in Nachbarschaft der Trägerschicht bestimmt. Die Fähigkeit eines guten Schichtzusammenhaltes, Schichtzähigkeit und Druck aufnahmefähigkeit der Schicht werden durch die Struktur im mittleren Schichtbereich bestimmt, während das Reibungsver halten, Ermüdungsfestigkeit und ähnliche Eigenschaften durch die Struktur in einem relativ dünnen Oberflächenbereich der Funktionsschicht bestimmt werden. Durch die erfindungsgemäße Überführung der zunächst heterogenen Struktur in eine quasi amorphe Struktur nur in einem dünnen Oberflächenbereich der Funktionsschicht, werden die für die Bindung vorteilhaften Eigenschaften einer heterogenen Struktur optimal ausgenutzt. Desgleichen werden auch die Druckaufnahmefähigkeit, die Zähigkeit und der innere Zusammenhalt der Funktionsschicht durch die heterogene Struktur ggf. unter Einschließung von kristallisierten Teilchen vorteilhaft beeinflußt. Gemäß der Erfindung wird deshalb eine Kombination von in heterogenem evtl. teilkristallisiertem Zustand der Funktionsschicht in ihrem unteren Teil und quasi amorpher Zustand in einem dünnen Oberflächenbereich geschaffen. Durch diese Kombination von zwei schichtförmig durchgehend geschlossenen Bereichen wesentlich unterschiedlicher Struktur läßt sich die Funktions schicht praktisch jeglicher gewollten Palette von Eigenschaften anpassen. Für diese Anpassung können das Dickeverhältnis des Schichtteiles mit heterogener Struktur zu dem Schichtteil mit amorpher Struktur sowie auch der Grad des amorphen Zustan des und evtl. zusätzliche Variation des Schichtteiles mit amorphem Zustand durch Einlagerungen als Parameter herangezogen werden.

Die eine feine globulare Verteilung der Bestandteile in einem quasi amorphen Zustand aufweisende Oberflächenregion der Funk tionsschicht kann eine Dicke zwischen 20 µm und 500 µm, bevor zugt zwischen 50 µm und 100 µm aufweisen. Im allgemeinen ist es zu bevorzugen, die feine globulare Verteilung der Bestand teile in einem quasi amorphen Zustand aufweisende Oberflächen region der Funktionsschicht mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke vorzusehen. Für spezielle Zwecke kann naturgemäß die die feine globulare Verteilung der Bestandteile in einem quasi amorphem Zustand aufweisende Oberflächenregion der Funktions schicht auch über die Oberfläche variierende Dicke aufweisen. Beispielsweise kann bei Gleitlagern die die Funktionsschicht bildende Gleitschicht im Hauptbelastungsbereich eine Ober flächenregion mit feiner globularer Verteilung der Bestand teil größerer Dicke aufweisen, als in den Bereichen geringerer Belastung.

Im Rahmen der Erfindung kann die Funktionsschicht aus einer Dispersion oder einem Gemenge mit Matrix oder tragendem Gemengebestandteil auf der Basis eines oder mehrerer der Metalle: Kupfer, Aluminium, Zink, Silber; und mindestens einem dispergierten oder in anderer Weise eingelagerten Bestandteil auf der Basis eines oder mehrerer der folgenden Stoffe in Form feiner Teilchen gebildet sein: Blei, Zinn, Wismut, Indium, Nickel, Mangan, Silicium, Kohlenstoff (bevor zugt in Form von mit Metall wie Nickel, Aluminium, Kupfer umhüllten Graphit-Teilchen), Molybdändisulfid (bevorzugt umhüllt mit Metall wie Nickel, Aluminium, Kupfer), Bornitrid, für tribologische Zwecke anwendbare Kunststoffe wie beispiels weise Polyester, PTFE, PEK, PEEK.

Im Rahmen der Erfindung kann den metallischen Bestandteilen der die Funktionsschicht bildenden Dispersion oder des Ge menges ein oder mehrere Zusätze der folgenden Gruppe von Stoffen in Gesamtmenge bis zu 2 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 0,5 Gew.-%, zulegiert sein: Li, Na, Ca, Ba, Bi, Si, P, As, Sb, S, Se, Te, Zn, Ti, Zr, Ce, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Si+Zr, Si+Zr+S. Diese Zusätze bewirken bekanntermaßen eine Struktur verfeinerung. Jedoch wurde festgestellt, daß der Einfluß der Abkühlbedingungen gegenüber dem Einfluß solcher Zusätze vor herrschend ist. Immerhin haben die genannten Zusätze den Vor teil, daß die bei einer Strukturumwandlung in der Oberflächen region der Funktionsschicht durch Schmelzen und extrem rasches Abkühlen aus dem geschmolzenen Zustand auch noch die Erzielung einer feinen globularen Verteilung der ungelösten Bestand teile und die Erreichung eines eingefrorenen quasi amorphen Zustandes erleichtert und sicher gemacht werden können.

Für die Anwendung für tribologische Zwecke, insbesondere bei Gleitlagern kann bevorzugt die Funktionsschicht, die in solchem Fall die Gleitschicht ist, aus Bleibronze, vorzugsweise der Zusammensetzung CuPb22Sn, oder Bleizinnbronze gebildet sein.

Bei solchen Funktionsschichten bzw. Gleitschichten aus Bleibronze läßt sich die Erfindung besonders vorteilhaft anwenden, weil bei ihnen das dentritische Gefüge der Blei bronze durch Aufschmelzen und sofort anschließendes rapides Abkühlen in einer dünnen schichtförmig durchgehend ge schlossenen Oberflächenregion beseitigt und die Bleibronze in fein globularer Verteilung der Bleizinnteilchen in quasi amorphem Zustand eingefroren wird. Dieser in quasi amorphem Zustand eingefrorene Bleibronze bietet hervorragende Gleit eigenschaften, insbesondere gegenüber tribologischen Partnern aus Stahl.

Ähnliche Vorteile bieten sich bei der Anwendung der Er findung an tribologischen Elementen, deren Funktionsschicht, und zwar auch in diesem Fall deren Gleitschicht, aus Aluminium/Zinn-Dispersionslegierung, beispielsweise AlSn6CuNi, AlSn2OCu oder AlSn4OCu gebildet ist. Solche Disperions legierungen mit Aluminiummatrix lassen sich im Hinblick auf die Unmischbarkeit von Aluminium und Zinn nicht anders als Funktionsschicht bzw. Gleitschicht aufgießen, als daß beim Erstarren eine Phasentrennung zwischen Aluminium und Zinn eintritt und Teilchen von ausgeschiedener Zinnlegierung in die Aluminiummatrix eingelagert werden. In der erfin dungsgemäß gebildeten Oberflächenregion einer solchen Funktionsschicht bzw. Gleitschicht sind dann diese Zinn legierungs-Teilchen in globularer Verteilung in der Matrix aus echter Aluminium-Legierung. Es ist auch bei solchen Funktionsschichten bzw. Gleitschichten aus Aluminium/Zinn- Dispersionslegierung erfindungsgemäß eine Oberflächenregion in quasi amorphem Zustand eingefroren. Diese Oberflächen region bietet auch in diesem Fall wesentlich verbesserte Gleiteigenschaften.

Ähnliche Verhältnisse lassen sich bei Funktionsschichten aus Aluminium/Blei-Dispersionslegierung, beispielsweise AlPb8Si4SnCu durch die erfindungsgemäß in einem quasi amorphen Zustand eingefrorene Oberflächenregion erreichen. Auch solche Funktionsschichten haben bevorzugte Anwendung als Gleitschicht bei tribologischen Elementen.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können in die in quasi amorphem Zustand eingefrorene Ober flächenregion der Funktionsschicht Hartteilchen der Größe zwischen etwa 10 µm und 200 µm nachträglich eingelagert sein, und zwar Hartteilchen aus der Gruppe von TiC, WC, Glasmehl, Si₃N₄, SiC, A₂O₃ und/oder Hartteilchen auf der Basis von Laves-Phasen (AB₂), vorzugsweise vom Typ MgCu₂ oder vom Typ MgZn₂, MgNi₂, wobei das Radiusverhält nis der A-Atome und B-Atome

r _A/r _B=1,225

ist.

Durch diese nachträglich in die Oberflächenregion der Funktionsschicht eingelagerten Hartteilchen läßt sich das Funktionsverhalten der Funktionsschicht in dieser Ober flächenregion wesentlich verbessern und vor allem auch jeder gewünschten Funktion in verbesserter Weise anpassen, beispielsweise kann die Abriebfestigkeit bei die Funktions schicht bildenden Gleitschichten verbessert und der je weiligen Art des tribologischen Partners angepaßt werden, beispielsweise im Preßgußverfahren hergestellten Kurbel wellen aus Stahl u.dgl..

In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Funktionsschicht an ihrer mit globularer Ver teilung der Bestandteile in einem quasi amorphen Zustand ausgebildeten Oberflächenregion zunächst mit einem weichen metallischen Overlay mit einer Dicke zwischen 10 µm und 50 µm überdeckt sein. Bei Ausbildung der Funktionsschicht als Gleitschicht kann dieser Overlay als Einlaufschicht aus gebildet sein. Es kommt hierzu beispielsweise eine gal vanisch aufgebrachte Schicht als Overlay in Betracht, aus einer der folgenden Legierungen: PbSn, PbSnCu, SnSb, PbSnSb, PbIn. Solcher Overlay bietet bei tribologischer Anwendung als Einlaufschicht eine besonders vorteilhafte funktionelle Zusammenwirkung mit der in quasi amorphem Zustand einge frorenen Oberflächenregion der Gleitschicht. Da durch solchen weichen Overlay auch geringste Unebenheiten und Porositäten an der Oberfläche der in quasi amorphem Zustand eingefrorenen Oberflächenregion ausgefüllt werden und der weiche Werkstoff des Overlays in Art eines Festschmiermittels gegenüber der in quasi amorphem Zustand eingefrorenen Ober flächenregion der Funktionsschicht bzw. Gleitschicht wirkt. Je nach stofflicher Zusammensetzung der Funktionsschicht bzw. Gleitschicht und des Overlay kann zwischen dem Over lay und der Funktionsschicht eine Diffusionssperrschicht mit einer Dicke zwischen etwa 2 µm und 10 µm vorgesehen sein, wobei diese Diffusionssperrschicht in ihrer stofflichen Zusammensetzung wiederum an die stoffliche Zusammensetzung des Overlay und der Funktionsschicht bzw. Gleitschicht an paßbar ist und aus einem der Stoffe CuSn, CuZn, NiSn, NiCr, NiCo, Co, Ti, Ni gebildet sein kann.

Für die Herstellung von erfindungsgemäßen Schichtwerkstoff oder erfindungsgemäßen Schichtwerkstücken ist ein Ver fahren anwendbar, bei dem die Funktionsschicht aus schmelz barer Dispersion oder aus einem für tribologische Zwecke anwendbaren schmelzbaren Gemenge durch Aufgießen, Aufspritzen oder auf pulvermetallurgischem Wege auf der Trägerschicht gebildet und ggf. verdichtet wird. Ausgehend von einem solchen Verfahren soll erfindungsgemäß die feste, abgekühlte, aber an der der Trägerschicht abgewandten Seite noch mit ihrer Oberfläche freiliegende Funktionsschicht an dieser freiliegenden Oberfläche in einem nach und nach über die gesamte Oberfläche bewegten, punktförmig eng begrenzten Flächenbereich mittels mindestens eines Laserstrahls oder Laserstrahlbündels bis zum Schmelzen der Dispersion oder des Gemenges in einer Oberflächenregion erhitzt und so fort wieder mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindes tens 10³ K/s unter Verfestigen abgekühlt werden. Bei diesem Verfahren wird mit einem Hochleistungslaser die Oberfläche der durch Aufgießen, Aufspritzen oder auf pulvermetallurgischem Wege gebildeten, und heterogene Struktur der einen oder anderen Art aufweisenden Funk tionsschicht abgerastert. Mit dem Hochleistungslaser wird dabei in jeweils einem punktförmig eng begrenzten Flächen bereich unter sehr hoher Aufheizgeschwindigkeit (bis 10⁵K/s) ein äußerst steiler Temperaturgradient zwischen dem sehr kleinen erwärmten und aufgeschmolzenen Materialvolumen des eng begrenzten punktförmigen Flächenbereichs und dem rest lichen Schichtwerkstoff hervorgerufen. Mit der Weiterbe wegung des Laserstrahls wird die in dem eng begrenzten punktförmigen Flächenbereich aufgenommene Wärmemenge in das Innere des Schichtwerkstoffes abgeführt und dabei die zur Erzielung einer feinkörnigen Struktur in der ober flächennahen Randregion erforderliche kritische Abkühl geschwindigkeit überschritten.

Es hat sich nun gezeigt, daß in Abhängigkeit von der Breite des Schichtwerkstoffs und der Tiefe der zu beeinflussenden Oberflächenregion leistungsdichten des Laserstrahls zwischen 10³ und 10⁷W/cm² und örtliche Einwirkungsdauer des Laser strahls zwischen 10^-2 sec. bis 10 sec. zu bevorzugen sind. Um die Adsorption des Laserstrahls an der Oberfläche der Funktionsschicht zu verbessern und dadurch den Wirkungs grad des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erhöhen, kann die freiliegende Oberfläche der Funktionsschicht vor der Be handlung mit Laserstrahl mit einem die Reflektion mindernden Belag versehen werden. Hierzu kann beispielsweise die freiliegende Oberfläche der Funktionsschicht vor der Behandlung mit Laserstrahl mit einer Suspension von Graphit oder Molybdändisulfid bestrichen werden. Es kann auch die freiliegende Oberfläche der Funktions schicht vor der Behandlung mit Laserstrahl mit einer dunkelgrauen Phosphatschicht versehen oder oxidiert werden.

Um die Abkühlgeschwindigkeit noch wesentlich zu erhöhen und dabei das Einfrieren der durch den Laserstrahl auf geschmolzenen kleinen Werkstoffmenge in quasi amorphem Zustand noch besser sicherzustellen, kann im erfindungs gemäßen Verfahren der Schichtwerkstoff oder das Schicht werkstück während der Behandlung mit Laserstrahl von der Trägerschicht-Seite her gekühlt und dabei eine Kühlge schwindigkeit bei 10³ K/s bis 10⁵ K/s an dem punktförmig eng begrenzten aufgeheizten Flächenbereich eingestellt werden. Zusätzlich oder stattdessen kann auch die mit Laserstrahl behandelte Oberfläche zur Kühlung mit kaltem Gas ggf. mit Beimischung von pulverförmigen, sublimieren dem Kühlmittel, angeblasen oder bestrichen werden. Zum Einlagern von Hartteilchen in die mit Laserstrahl be handelte Oberflächenregion kann das erfindungsgemäße Ver fahren mit der Maßnahme der Partikelinjektion kombiniert werden. Hierzu können im Rahmen des erfindungsgemäßen Ver fahrens in das mit dem Laserstrahl in der zu behandelnden Oberflächenregion gebildete punktförmige Schmelzbad feine Hartteilchen von einer Größe zwischen etwa 10 µm und etwa 100 µm, vorzugsweise zwischen 20 µm und etwa 50 µm injiziert, vorzugsweise eingeblasen werden. Durch diese Partikelinjektion wenden die in das punktförmige Schmelzbad eingeführten Hart teilchen unaufgeschmolzen in dieser kleinen aufgeschmolzenen Werkstoffmenge gleichmäßig verteilt. Auf diese Weise ent steht eine oberflächennahe Randzone oder Oberflächenregion mit hervorragenden Verschleißeigenschaften, was insbesondere bei tribologischer Anwendung des behandelten Werkstoffs bzw. der behandelten Werkstücke von besonderem Vorteil ist. Nämlich zu wesentlicher Erhöhung des Verschleiß widerstandes von Lagerwerkstoffen bzw. Lagerwerkstücken führt. Für die Partikelinjektion kommen Hartteilchen der Gruppe TiC, WC, SiC, Al₂O₃ in Betracht. Besonderen Vor teil bietet auch die Partikelinjektion unter Einsatz von Hartteilchen auf der Basis von Laves-Phasen (AB₂), vor zugsweise mit Radius-Verhältnis der A-Atome und B-Atome: r _A/r _B=1,225, beispielsweise Laves-Phasen vom Typ MgCu₂ oder vom Typ MgZn₂, MgNi₂. Die Injektion von Hartteilchen auf der Grundlage von Laves-Phasen hat sich insbesondere für die Behandlung von Lagerwerkstoffen und Lagerwerk stücken als außerordentlich wirksam erwiesen.

Für die Herstellung von erfindungsgemäßem Schichtwerk stoff oder erfindungsgemäßen Schichtwerkstücken eignet sich insbesondere eine Vorrichtung, bei der eine Laser strahl-Röhre an einer Koordinaten-Führungseinrichtung angebracht und der Schichtwerkstoff bzw. das Schichtwerk stück mit seiner zu behandelnden Oberfläche der Laser strahl-Röhre zugewandt an der Koordinaten-Führungsein richtung gehalten ist. Dabei soll die Koordinaten-Führungs einrichtung bezüglich der von ihr erzeugten Relativbe wegung zwischen der Laserstrahl-Röhre und dem Schicht werkstoff bzw. Schichtwerkstück derart abgestimmt sein, daß der Laserstrahl mit vorher festgelegter Geschwindig keit und in vorher festgelegtem Muster und unter voll ständigem Bestreichen über die zu behandelnde Oberfläche des Schichtwerkstoffs oder Schichtwerkstücks bewegt wird. Im Hinblick auf das Wellenlängenspektrum ihrer Laser strahlen bietet sich im Rahmen der Erfindung der Einsatz einer Excimer-Laserstrahl-Röhre (Krypton-Fluorid, Xenium- Chlorid) an. Jedoch ist im Hinblick auf die erzielbare Leistung bislang der Einsatz einer Co₂-Laserstrahl- Röhre zu bevorzugen. Mit einer solchen Co₂-Laserstrahl- Röhre mit Leistung von 5 kW bis 10 kW läßt sich ohne weiteres eine ausreichende Eindringtiefe und Aufschmelz tiefe der Oberflächenregion bei etwa 50 µm bis 100 µm bei praktisch brauchbarer Vorschubrate erzielen.

Es können jedoch auch andere Gaslaser, z.B. He-Ne-Laser, oder Festkörperlaser und Halbleiterlaser im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema für das erfindungsgemäße Ver fahren und die erfindungsgemäße Vorrich tung in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 einen schliffbildartigen Ausschnitt aus einer Ausführungsform des erfindungsge mäßen Schichtwerkstoffs und

Fig. 3 einen schliffbildartigen Ausschnitt aus einer anderen Ausführungsform des er findungsgemäßen Schichtwerkstoffs.

Bei der in Fig. 1 schematisch wiedergegebenen Vorrich tung 10 ist eine Laserstrahl-Röhre 11, beispielsweise eine CO₂-Laserstrahl-Röhre vorgesehen, die mit ihrer Betriebseinrichtung 12 auf einer Koordinatenführungs einrichtung 13 angebracht ist. Der zu behandelnde Schicht werkstoff 20 weist eine Trägerschicht 21 und eine Funktions schicht 22 auf. Der Schichtwerkstoff 20 ist auf eine feststehende Supportvorrichtung 14 aufgesetzt, unter der sich im dargestellten Beispiel die bewegliche Koordi naten-Führungseinrichtung 13 hinweg erstreckt. Die Support einrichtung 14 enthält eine Kühlvorrichtung, so daß der Schichtwerkstoff 20 von der auf die Supporteinrichtung 14 aufgelegten Oberfläche der Trägerschicht 21 her ge kühlt wird. Wie in Fig. 1 angedeutet, ist der von der Laserstrahl-Röhre 11 herkommende Laserstrahl 15 derart fokussiert, daß auf der freiliegenden Oberfläche der Funktionsschicht 22 ein Brennfleck 16 gebildet wird. Zum Kühlen des im Brennfleck 16 gebildeten engbegrenzten, punktförmigen Schmelzbades kann Gas beispielsweise Argon oder Stickstoff über eine rohrförmige Düse 17 auf den Brennfleck 16 geblasen werden. Diesem Kühlgas kann - wenn erwünscht - sublimierendes Kühlmittel, beispiels weise Trockeneis als feines Pulver beigemischt sein. Für den Fall, daß Partikelinjektion vorgenommen werden soll, ist eine Partikel-Injektionsdüse 18 vorgesehen, die mit heißem Gas betrieben werden kann und der die zu injezierenden Partikel an dem schematisch dargestellten seitlichen Einlaß zugeführt werden.

Durch die Bewegungen der Koordinatenführungseinrichtung 13, wie sie durch die Doppelzeile angedeutet sind, kann die Laserstrahl-Röhre 11 in solcher Weise bezüglich des Schichtwerkstoffs 20 bzw. des Schichtwerkstücks bewegt werden, daß der Brennfleck 16 entlang einer mäanderförmigen Bahn 19 über die freie Oberfläche des Schichtwerkstoffs 20 bzw. Schichtwerkstücks bewegt wird. Dabei wird in der Oberflächenregion 23 der Funktionsschicht 22 sukzessive stets eine kleine Menge des Werkstoffs der Funktions schicht aufgeschmolzen und sofort anschließend außer ordentlich schnell wieder abgekühlt, wobei wahlweise Partikelinjektion vorgenommen werden kann.

Fig. 1 stellt lediglich ein Schema dar, anstelle des gezeigten ebenen Teiles eines Schichtwerkstoffs 20 könnte auch ein gewölbtes oder in anderer Weise unebenes Werk stück behandelt werden. Hierzu wäre die Supporteinrich tung 14 entsprechend auszubilden und anstelle der in einer Ebenen beweglichen Koordinaten-Führungseinrichtung 13 eine die gewünschte Bewegung des Brennflecks 16 in einer ge wölbten oder in anderer Weise unebenen Oberfläche steuernde Koordinaten-Führungseinrichtung vorzusehen.

Die Laserstrahl-Röhre 11 kann für Leistungsdichte des Laser strahls zwischen 10³ und 10⁷ W/cm² ausgelegt sein, wobei die Koordinaten-Führungseinrichtung 13 derart ausgelegt oder steuerbar ist, daß sie beim Vorschub des Brennflecks eine Einwirkungsdauer des Laserstrahls 15 auf den Brenn fleck 16 zwischen 10^-2 s bis 10 s ermöglicht.

Da unvermeidlich ein Teil des Laserstrahls 15 reflektiert wird, wie dies durch die gestrichelte Linie 15′ in Fig. 1 angedeutet ist, empfiehlt es sich die freie Oberfläche der Funktionsschicht 22 mit einem die Reflektion von Laser strahlen mindernden Belag zu versehen. Hierzu kann die freiliegende Oberfläche der Funktionsschicht 22 vor der Behandlung mit Laserstrahl mit einer Suspension von Graphit oder Molybdändisulfid bestrichen werden. Es ist auch möglich, die freiliegende Oberfläche der Funktions schicht vor der Behandlung mit Lagerstrahl mit einer dunkelgrauen Phosphatschicht zu versehen oder diese Ober fläche zu oxidieren.

Durch die wirksame Kühlung des Schichtwerkstoffs 20 bzw. Schichtwerkstücks von der Supporteinrichtung 14 her und der zusätzliche Kühlung an Brennfleck 16 mittels der Kühl gas-Düse 17 wird ein sehr rasches Abkühlen der im Brenn fleck 16 aufgeschmolzenen kleinen Menge von Funktionsschicht Werkstoff erreicht. Dies wird insbesondere dadurch er möglicht, daß aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs der Funktionsschicht 22 und des Werkstoffs der Trägerschicht 21 die im Brennfleck 16 erzeugte Wärme nach allen Richtungen hin schnell abgeführt wird, zumal durch die enge punktförmige Begrenzung des Brennflecks 16 an dessen Grenzfläche zum übrigen Schichtwerkstoff oder Schicht werkstück hin ein sehr hoher Temperaturgradient erzeugt wird.

Die Aufschmelztiefe im Brennfleck 16 ist durch die Leistungs dichte des Laserstrahls 15 und die Vorschubgeschwindigkeit des Brennflecks 16 auf der Oberfläche des Schichtwerkstoffs 20 bzw. Schichtwerkstücks bestimmt. Je nach Anwendungsfall kann die Aufschmelztiefe zwischen 20 µm und 500 µm einge richtet werden, bevorzugt zwischen 50 µm und 100 µm. Die ein gerichtete Aufschmelztiefe entspricht dann der Dicke der Oberflächenregion 23 mit umgewandelter Struktur. Durch das rasche Abkühlen und Erstarren der Schmelze beim Weiterrücken des Brennfleckes 16 entwickelt sich in der Oberflächenregion 23 eine nahezu homogene Struktur des Funktionsschicht- Werkstoffes mit feiner globularer Verteilung der nicht ge lösten Bestandteile in einem quasi amorphen Zustand.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung und das mit ihr durchführbare Verfahren läßt sich bei Funktionsschichten 22 unterschiedlichster Strukturen ausführen. Bevorzugt kann es zur Oberflächenvergütung von Funktionsschichten aus Blei bronze herangezogen werden. Es kommen jedoch auch die Ober flächenbehandlung von Funktionsschichten aus Aluminium/Zinn- Dispersionslegierungen und die Oberflächenbehandlung von Funktionsschichten aus Aluminium/Blei-Dispersionslegierungen in Betracht. Überhaupt kommen Oberflächenbehandlungen der angegebenen Art für Funktionsschichten 22 aus schmelzbarem Werkstoff jeglicher Art in Betracht.

Für die oben erläuterte Hartteilchen-Injektion kommen Hart teilchen der Größe zwischen etwa 10 µm und 200 µm in Betracht, vorzugweise Hartteilchen der Größe zwischen etwa 20 und 50 µm. Die Hartteilchen können aus der Gruppe von TiC, WC, Glasmehl, Si₃N₄, SiC, Al₂O₃ oder auch Hartteilchen auf der Basis von Laves-Phasen in Betracht.

Beispiele für die Oberflächenvergütung von Funktionsschichten aus Bleibronze sind aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich.

Im Beispiel der Fig. 2 ist der Schichtwerkstoff 20 für die Herstellung von tribologischen Elementen, bevorzugt Gleit lagern gedacht. Der Schichtwerkstoff 20 hat eine Träger schicht 21 und eine Funktionsschicht 22. Die Funktionsschicht 22 besteht im dargestellten Beispiel aus Bleizinn-bronze, der Zusammensetzung 10 Gew.-% Blei, 10 Gew.-% Zinn, Rest Kupfer. Wie Fig. 2 zeigt, hat die Funktionsschicht 22 beim Erkalten und Verfestigen der Bleizinnbronze ein dentritisches Gefüge angenommen, das weitgehend durch Kupferkristallite beherrscht ist. An der Grenzfläche zwischen der aus Stahl bestehenden Trägerschicht 21 und der Funktionsschicht 22 ist eine Diffussionsbindung zwischen den in Fig. 2 dunkel erscheinenden Kupferkristalliten und dem Stahl eingetreten. An ihrer freien Oberfläche hat die Funktionsschicht 22 eine Oberflächenbehandlung mit Laserstrahl erfahren, wie sie oben erläutert ist. Hierdurch wurde das dentritische Gefüge der Bleizinnbronze beseitigt und ein neues Gefüge geschaffen, das sich durch eine in der Zeichnung weiss erscheinende Matrix 24 und darin eingelagerten globular fein verteilten ungelösten Teilchen 25 kennzeichnet. Bei der Oberflächenbehandlung wurde zusätzlich eine Hartteilchen-Injektion vorgenommen, wobei die Hartteilchen 26 wesentlich kleiner als die Dicke der behandelten Oberflächenregion 23 sind, aber unvergleichlich größer als die globular feinen Teilchen 25 der ungelösten Bestandteile. Die Matrix 24 und die in ihr globular verteilten ungelösten Bestandteile 25 sind in einem quasi amorphen Zustand eingefroren, während die Hartteilchen 26 in diese in quasi amorphem Zustand eingefrorene Umgebung eingelagert sind.

Außer einer wesentlichen Verbesserung der Funktionseigen schaften, insbesondere der Gleiteigenschaften bietet die durch Strukturumwandlung gebildete Oberflächenregion 23 in Zusammenwirken mit der Trägerschicht 21 ein wirksames Kapseln des in der dentritischen Struktur verbliebenen Teiles der Funktionsschicht 22. Da in der Oberflächenregion 23 keine nennenswerten Bleiteilchen mehr enthalten sind, ist die Oberflächenregion 23 gegen Korrosion des Bleis praktisch unempfindlich, selbst wenn in Verbrennungskraft maschinen hoch additivierte Öle oder gealterte Öle mit der Oberfläche der Funktionsschicht in Berührung kommen. Bei herkömmlichen Funktionsschichten aus Bleibronzen oder Blei zinnbronzen tritt durch hochadditivierte Öle und gealterte Öle selektive Korrosion an den zwischen den Kupferkristalliten bzw. den Dentriten sitzenden Bleiteilchen ein. Es kommt zu einem selektiven Herauslösen des Bleibestandteils, und das Kupferskelett bleibt übrig und neigt bei entsprechender Be lastung zusammenzubrechen. Diese Gefahr ist durch die Ab kapselung des noch das dentritische Gefüge aufweisenden Teils der Funktionsschicht 22 zwischen der Oberflächenregion 23 mit umgewandelten Gefüge und Trägerschicht 21 solange behoben, wie die Oberflächenregion 23 der Funktionsschicht 22 nicht abgerieben ist. Solcher Abrieb wird durch die ein gelagerten Hartteilchen 26 erheblich verzögert.

Im Beispiel der Fig. 3 handelt es sich wiederum um einen Schichtwerkstoff 20, der für die Herstellung von tribolo gischen Elementen, insbesondere Gleitlagern vorgesehen ist. Der Schichtwerkstoff 20 gemäß Fig. 3 hat eine Trägerschicht 21 aus Stahl und eine Funktionsschicht bzw. Gleitschicht 22 aus Bleibronze, beispielsweise der Zusammensetzung CuPb22Sn.

Hierbei ist das Zinn vollständig im Bleibestandteil ge löst und dient lediglich zur Herabsetzung der Korrosions anfälligkeit des Bleibestandteils. Auch in diesem Bei spiel weist die Bleibronze der Funktionsschicht 22 ein dentritisches Gefüge auf. Es besteht für diese Funktions schicht 22 aus Bleibronze noch gegenüber einer Bleizinn bronze-Funktionsschicht erhöhte Korrosionsgefahr für die in die Kupfer-Dentriten eingelagerten Bleiteilchen.

An der zunächst freien Oberfläche ist die Funktionsschicht 22 in einer Oberflächenregion 23 von beispielsweise 50 bis 100 µm Dicke in dem oben erläuterten Verfahren in ein Gefüge umgewandelt worden, bei dem der wesentliche Teil des im Kupfer unlöslichen Bleibestandteils fein globular in einer Matrix 24 verteilt ist, wobei nur noch wenige, sehr kleine größere Bleiteilchen 27 verbleiben. Diese Oberflächenregion 23 ist mit dieser fein globularen Verteilung des Bleis in dem Kupfer in einem quasi amorphen Zustand eingefroren.

Im Beispiel der Fig. 3 ist die Funktionsschicht 22 noch mit einem Overlay 28 überdeckt, der bei der Verwendung des Schichtwerkstoffs 20 zur Herstellung von Gleitlagern oder sonstigen tribologischen Elementen als Einlaufschicht dient. Dieser Overlay 28 kann nach Wahl aus Legierungen wie PbSn, PbSnCu, SnSb, PbSnSb, PbIn bestehen und ist galvanisch auf gebracht. Zwischen der Oberfläche der Funktionsschicht 22 und dem Overlay 28 ist noch eine Diffusionssperrschicht 29 von etwa 5 µm Dicke angebracht. Diese Diffusionssperr schicht 29 ist im dargestellten Beispiel galvanisch aus Nickelchrom-Legierung gebildet. Sie wurde vor dem Overlay 28 galvanisch auf der mit Laserstrahl behandelten Ober fläche der Funktionsschicht 22 aufgebracht. Anschließend an die Diffusionssperrschicht wurde dann das Overlay 28 galvanisch auf der Diffusionssperrschicht 29 angebracht. Die Dicke des Overlay kann zwischen 10 µm und 500 µm betragen, im vorliegenden Beispiel ist ein Overlay von etwa 150 µm Dicke vorgesehen. Außer der Bildung der Diffusionssperr schicht aus Nickelchrom-Legierung kommen auch CuSn, CuZn, NiSn, NiCo, Co, Ti, Ni zur Bildung der Diffusionssperr schicht in Betracht.

Claims

1. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück mit einer auf einer Trägerschicht angebrachten Funktionsschicht, insbe sondere Gleitschicht mit der Struktur einer festen, aber schmelzbaren Dispersion mit einer Matrix und minde stens einem in der Matrix dispergierten Bestandteil,der zumindest in festem Zustand im Werkstoff der Matrix un löslich oder nur in geringerer als vorhandener Menge löslich ist, oder mit der Struktur eines für tribologische Zwecke anwendbaren, in sich fest verbundenen, im wesentlichen schmelzbaren Gemenges von nicht oder nur in geringerer als vorhandener Menge ineinander löslichen Bestandteilen, ggf. teilweise in kristallartiger Form, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht (22) an ihrer der Trägerschicht (21) abgewandten Seite eine dünne, schichtförmig durch gehend geschlossene Oberflächenregion (23) aufweist, in der die Dispersion oder das Gemenge durch Schmelzen und extrem rasches Abkühlen aus dem geschmolzenen Zustand mit feiner globularer Verteilung der Bestandteile (24, 25, 27) in einem quasi amorphen Zustand eingefroren ist.

2. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine feine globulare Vertei lung der Bestandteile in einem quasi amorphem Zustand aufweisende Oberflächenregion (23) der Funktionsschicht (22) eine Dicke zwischen 20 µm und 500 µm, vorzugsweise zwischen 50 µm und 100 µm, aufweist.

3. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feine globulare Verteilung der Bestandteile in einem quasi amorphen Zustand aufweisende Oberflächenregion (23) der Funktionsschicht (22) im wesentlichen gleichmäßige Dicke aufweist.

4. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht (22) aus einer Dispersion oder einem Gemenge mit Matrix oder tragendem Gemengebestandteil auf der Basis eines oder mehrerer der Metalle:
Kupfer, Aluminium, Zink, Silber;
und mindestens einem dispergierten oder in anderer Weise gelagerten Bestandteil auf der Basis eines oder mehrerer der folgenden Stoffe in Form feiner Teilchen gebildet ist:
Blei, Zinn, Wismut, Indium, Nickel, Mangan, Silizium, Kohlenstoff (bevorzugt in Form von mit Metall (Nickel, Aluminium, Kupfer) umhüllten Graphit-Teilchen), Molybdän disulfid (bevorzugt umhüllt mit Metall wie Nickel, Aluminium, Kupfer), Bornitrid, für tribologische Zwecke anwendbare Kunststoffe, wie beispielsweise Polyester, PTFE, PEK, PEEK.

5. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht (22) aus Bleibronze, vorzugsweise der Zusammensetzung CuPb22Sn, gebildet ist.

6. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den metallischen Bestandteilen der Funktionsschicht (22) bildenden Dispersion oder des Gemenges einer oder mehrerer Zusätze der folgenden Gruppe von Stoffen in Gesamtmenge bis zu 2 Gew.-%, vorzugs weise bis zu 0,5 Gew.-%, zulegiert sind:
Li, Na, Ca, Ba, Bi, Si, P, As, Sb, S, Se, Te, Zu, Ti, Zr, Ce, Cr, Mu, Fe, Co, Ni, Si + Zr, Si + Zr + S.

7. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht (22) aus Aluminium/Zinn-Dispersionslegierung, beispielsweise AlSn6CuNi, AlSn20Cu oder AlSn40Cu, gebildet ist.

8. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht (22) aus Aluminium/Blei-Dispersionslegierung, beispielsweise AlPb8Si4SnCu, gebildet ist.

9. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach einem der An sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in quasi amorphem Zustand eingefrorenen Oberflächenregionen (23) der Funktionsschicht (22) Hartteilchen der Größe zwischen etwa 10 µm und 200 µm nachträglich eingelagert sind, und zwar Hartteilchen aus der Gruppe von TiC, WC, Glasmehl, Si₃N₄, SiC, Al₂O₃ und/oder Hartteilchen auf der Basis von Laves-Phasen (AB₂), vorzugsweise vom Typ MgCu₂ oder vom Typ MgZn₂, MgNi₂, wobei das Radius-Verhältnis der A-Atome und B-Atome r _A/r _B=1,225ist.

10. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach einem der An sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Funk tionsschicht (22) an ihrer mit globularer Verteilung der Bestandteile in einem quasi amorphen Zustand ausge bildeten Oberflächenregion (23) zunächst mit einem weichen metallischen Overlay (28) mit einer Dicke zwischen 10 µm und 500 µm überdeckt ist.

11. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Funktions schicht (22) als Gleitschicht der Overlay als Einlauf schicht ausgebildet ist.

12. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Overlay (28) eine galvanisch aufgebrachte Schicht aus einer der folgen den Legierungen ist: PbSn, PbSnCu, SnSb, PbSnSb, PbIn.

13. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Overlay (28) und der Funktionsschicht (22) eine Diffusionssperrschicht (29) mit einer Dicke zwischen etwa 2 µm und 10 µm vorgesehen ist.

14. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionssperrschicht aus einem der Stoffe CuSn, SuZn, NiSn, NiCr, NiCo, Co, Ti, Ni gebildet ist.

15. Verfahren zum Herstellen von Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstücken nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Funktionsschicht aus schmelzbarer Dispersion oder aus einem für tribologische Zwecke anwendbaren, schmelzbaren Gemenge durch Aufgießen, Aufspritzen oder auf pulvermetallurgischem Wege auf der Trägerschicht gebildet und ggf. verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die feste, abgekühlte, aber an der der Trägerschicht abge wandten Seite noch mit ihrer Oberfläche freiliegende Funktionsschicht an dieser freiliegenden Oberfläche in einem nach und nach über die gesamte Oberfläche gewegten, punktförmig eng begrenzten Flächenbereich mittels min destens eines Laserstrahls oder Laserstrahlbündels bis zum Schmelzen der Dispersion oder des Gemenges in einer Oberflächenregion erhitzt und sofort wieder mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 10³ K/s unter Verfestigen abgekühlt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen der freiliegenden Oberfläche der Funktions schicht in dem punktförmig eng begrenzten Flächenbereich mit einer Leistungsdichte des Laserstrahls zwischen 10³ und 10⁷W/cm² über eine örtliche Einwirkungsdauer zwischen 10^-2 s bis 10 s vorgenommen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegende Oberfläche der Funktionsschicht vor der Behandlung mit Laserstrahl mit einem die Reflexion mindernden Belag versehen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegende Oberfläche der Funktionsschicht vor der Behandlung mit Laserstrahl mit einer Suspension von Graphit oder MoS₂ bestrichen wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegende Oberfläche der Funktionsschicht vor der Behandlung mit Laserstrahl mit einer dunkelgrauen Phosphat schicht versehen oder oxidiert wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtwerkstoff oder das Schicht werkstück während der Behandlung mit Laserstrahl von der Trägerschicht-Seite her gekühlt und dabei eine Kühlge schwindigkeit bei 10³ K/s bis 10⁵ K/s an dem punktförmig eng begrenzten, aufgeheizten Flächenbereich eingestellt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Laserstrahl behandelte Oberfläche zur zuständigen Kühlung mit kaltem Gas, ggf. mit Beimischung von pulver förmigem, sublimierendem Kühlmittel, angeblasen oder bestrichen wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufheizen in dem punktförmig eng begrenzten Oberflächenbereich der Funktionsschicht mittels Laserstrahl mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 10⁵ K/s vorgenommen wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß in das mit dem Laserstrahl in der zu behandelnden Oberflächenregion gebildete punktförmige Schmelzbad feine Hartteilchen von einer Größe zwischen etwa 10 µm und etwa 100 µm, vorzugsweise zwischen 20 µm und etwa 50 µm, injiziert, vorzugsweise eingeblasen werden.

24. Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch den Einsatz von Hartteilchen der Gruppe TiC, WC, SiC, Glasmehl, Si₃N₄, Al₂O₃ zur Partikelinjektion während der Laserstrahl behandlung einer Oberflächenregion der Funktionsschicht.

25. Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch den Einsatz von Hartteilchen auf Basis von Laves-Phasen (AB₂), vorzugs weise mit Radius-Verhältnis der A-Atome und B-Atome: r _A/r _B=1,225,beispielsweise Laves-Phasen vom Typ MgCu₂ oder vom Typ MgZn₂, MgNi₂.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Laserstrahl behandelte Ober fläche der Funktionsschicht galvanisch mit einem Over lay versehen wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Laserstrahl behandelte Ober fläche der Funktionsschicht mit einer Diffusionssperr schicht beispielsweise aus einem der Stoffe CuSn, CuZn, NiSn, NiCr, NiCo, Co Ti, Ni, mit einer Dicke zwischen 2 µm und 10 µm belegt und auf diese Diffusionssperrschicht ein Overlay mit einer Dicke zwischen 10 µm und 500 µm galvanisch aufgebracht wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionssperrschicht galvanisch auf die mit Laser strahl behandelte Oberfläche der Funktionsschicht aufge bracht wird.

29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionssperrschicht durch Kathodenzerstäubung (Sputtering) oder Vakuumbedampfung aufgebracht wird, wobei die Temperatur an der mit Laserstrahl behandelten Ober fläche der Funktionsschicht unterhalb solcher Temperatur gehalten wird, bei der Rekristallisierung im jeweiligen Werkstoff der Funktionsschicht in merklichem Umfang eintritt.

30. Vorrichtung zum Herstellen von Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstücken nach einem der Ansprüche 15 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß eine Laserstrahl-Röhre (11) an einer Koordinaten-Führungs einrichtung (13) angebracht und der Schichtwerkstoff (20) bzw. das Schichtwerkstück mit seiner zu behandelnden Oberfläche der Laserstrahl-Röhre (11) zugewandt an der Koordinaten-Führungseinrichtung gehalten ist, wobei die Koordinaten-Führungseinrichtung bezüglich der von ihr erzeugten Relationsbewegung zwischen der Laserstrahl-Röhre (11) und dem Schichtwerkstoff (20) bzw. Schichtwerkstück derart abgestimmt ist, daß der Laserstrahl mit vorher festgelegter Geschwindigkeit und in vorher festgelegtem Muster und unter vollständigem Bestreichen über die zu behandelnde Oberfläche des Schicht werkstoffs (20) oder Schichtwerkstücks bewegt wird.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß eine Excimer-Laserstrahl-Röhre (Krypton-Fluorid, Xenium-Chlorid) vorgesehen ist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß eine CO₂-Laserstrahl-Röhre (11) vorgesehen ist.